劉丹 譚和平 黃麗萍 康迪迪 郜忠茹 王欣

摘? ? 要：石墨烯及氧化石墨烯結(jié)構(gòu)獨(dú)特，具有電化學(xué)、機(jī)械性能等優(yōu)異的物理特性。利用石墨烯類材料修飾聚氯乙烯，形成性能優(yōu)異的石墨烯-聚氯乙烯復(fù)合材料，使得聚氯乙烯的導(dǎo)電性能、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性得到了極大改善。為此，主要介紹石墨烯-聚氯乙烯復(fù)合材料的制備過程，闡述熔融共混法、溶液共混法、原位聚合法三種制備石墨烯-聚氯乙烯復(fù)合材料的方法。對(duì)石墨烯-聚氯乙烯復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，認(rèn)為石墨烯-聚氯乙烯復(fù)合材料具有綠色、用途廣、規(guī)?；a(chǎn)的特點(diǎn)，有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：石墨烯;聚氯乙烯;復(fù)合材料;研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：TQ15? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-7394（2021）02-0095-07

全球五大通用塑料之一聚氯乙烯（PVC）是世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的塑料產(chǎn)品之一，同時(shí)也是世界上產(chǎn)量最大、需求量最多的塑料產(chǎn)品之一，更是我國(guó)首要的有機(jī)合成材料，在我國(guó)合成領(lǐng)域中占有重要地位。聚氯乙烯是在引發(fā)劑作用下通過氯乙烯單體（VCM）聚合而成的具有良好的耐腐蝕性、絕緣性和阻燃性的熱塑性氯乙烯樹脂。此外，由于其成本低、原材料廣泛，在建筑材料、工業(yè)制品、日用品等生產(chǎn)生活領(lǐng)域中應(yīng)用普遍。目前，國(guó)內(nèi)聚氯乙烯產(chǎn)能已經(jīng)過剩，行業(yè)已經(jīng)處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整期[1]，因此，研發(fā)專門用途、高性能的特種產(chǎn)品并提高現(xiàn)有產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)行業(yè)的發(fā)展具有極其重要的意義。

近年來(lái)，納米技術(shù)領(lǐng)域的研究（特別是納米碳材料方面）已取得了眾多前沿成果。通過納米材料（碳酸鈣、硫酸鋇、納米二氧化硅、石墨烯等）修飾聚氯乙烯，可以改善其機(jī)械強(qiáng)度、沖擊性能、導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性等物理化學(xué)性能[2-3]，從而擴(kuò)大聚氯乙烯的應(yīng)用，提高其市場(chǎng)價(jià)值。由于石墨烯及氧化石墨烯具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、極大的固有拉伸強(qiáng)度等物理性能，因此，被視為增強(qiáng)復(fù)合材料導(dǎo)電導(dǎo)熱和機(jī)械性能的優(yōu)異的納米填料，在復(fù)合材料領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。但是，石墨烯會(huì)表現(xiàn)出惰性，與高分子材料的接觸面黏附力作用較弱，其原因是石墨烯含有遍及整個(gè)平面的大π鍵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致復(fù)合材料的接觸面具有黏附能力較差的缺陷[4]。同時(shí)，在制備石墨烯/聚氯乙烯等高分子復(fù)合材料時(shí)，由于石墨烯存在較高的表面能，極容易積聚，因而阻礙其復(fù)合材料的制備和生產(chǎn)。本文重點(diǎn)探析石墨烯的特性與功能化改性方式，解析石墨烯/聚氯乙烯復(fù)合材料近年來(lái)的制備工藝，并討論和總結(jié)石墨烯影響聚氯乙烯材料的物理化學(xué)性能。

1? ? 聚氯乙烯高分子材料

聚氯乙烯作為一種通用的塑料產(chǎn)品，因其具有難燃性、耐腐蝕性、隔絕電緣性、耐損耗性等優(yōu)異的特性，在人類生產(chǎn)生活中運(yùn)用普遍。不過聚氯乙烯通常在100℃以上就有脫氯化氫降解反應(yīng)，并與溫度的高低、受熱時(shí)間的長(zhǎng)短成正相關(guān)。當(dāng)溫度到達(dá)150 ℃時(shí)，就迅速發(fā)生降解。同時(shí)，聚氯乙烯分子鏈具有極性，常溫條件下，分子鏈極性部分相互吸引和作用，分子鏈較難運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度慢。聚氯乙烯表現(xiàn)出脆性，抗沖擊強(qiáng)度較低的性能是因?yàn)榫勐纫蚁┲泻凶懔康腃l-Cl極性鍵，分子內(nèi)只有較大的作用力，并且在加工成型的時(shí)候，Cl-Cl鍵易受熱脫去氯化氫分子，形成不飽和鍵，降低聚氯乙烯的抗老化性[5]。由于聚氯乙烯材料的表面電阻高，電絕緣性高，很容易形成靜電積累，一旦帶上靜電很難消除。在運(yùn)輸摩擦過程中，靜電聚集到一個(gè)放電最低值，就會(huì)產(chǎn)生火花，導(dǎo)致化工產(chǎn)品庫(kù)、油庫(kù)、煤礦等易燃易爆場(chǎng)所發(fā)生起火爆炸事故[6]。同時(shí)，在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，由于雙鍵、羰基、過氧化物等誘發(fā)光氧化反應(yīng)形成“催化劑”，使得聚氯乙烯容易被光氧化，導(dǎo)致其力學(xué)性能降低，變脆、變硬，失去使用性能和使用價(jià)值。因此，在聚氯乙烯材料的使用過程中需經(jīng)常加入一些加工助劑，而某些加工助劑會(huì)對(duì)人體健康造成傷害，以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染[7]。

上述這些問題大大制約了聚氯乙烯材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)聚氯乙烯行業(yè)進(jìn)入產(chǎn)能過剩期，傳統(tǒng)聚氯乙烯產(chǎn)品利潤(rùn)低下。新型石墨烯高分子材料具有極大的附加值，提高了產(chǎn)品利潤(rùn)率[8]。因此，開發(fā)具有特殊功能和高性能的改性聚氯乙烯新材料，能夠擴(kuò)大聚氯乙烯高分子材料的應(yīng)用市場(chǎng)，增添聚氯乙烯成品的額外值，推動(dòng)聚氯乙烯工業(yè)的快速成長(zhǎng)。2004年以來(lái)，有研究證明了單片石墨烯在室溫環(huán)境下能夠穩(wěn)定存在，同時(shí)制備石墨烯的技術(shù)越發(fā)成熟，這給聚合物納米合成材料的應(yīng)用帶來(lái)了更多的可能。

2? ? 石墨烯

1947年，Philip wallace等人首次報(bào)道了石墨烯（GE）的電子結(jié)構(gòu)。直到2004年，Geim A K等人以“微機(jī)械剝離法”獲得單層石墨烯。單層石墨烯是以一層苯環(huán)結(jié)構(gòu)周期性緊密排列而成的二維碳材料，它的厚度僅有0.35 nm，只有一個(gè)原子尺寸厚，是最薄的二維材料[9]。石墨烯因其具有諸多優(yōu)良的物理化學(xué)性能，被普遍應(yīng)用在傳感器、半導(dǎo)體材料、生物醫(yī)學(xué)、儲(chǔ)能材料和信息技術(shù)等領(lǐng)域。

（1）石墨烯是一種超輕材料。石墨烯面密度為0.77 mg/[m2]。

（2）石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)性能。根據(jù)理論與數(shù)據(jù)證明，單層石墨烯可接收2.3%的可見光，即透光度為97.7%[10]。同時(shí)，持續(xù)大面積薄膜石墨烯具有良好的光透過性能，其厚度影響其光學(xué)特性，結(jié)合石墨烯導(dǎo)電性使石墨烯可以普遍應(yīng)用在光伏領(lǐng)域。董明明[11]通過研究石墨烯與銀納米線導(dǎo)電薄膜的制備方法以及性能，發(fā)現(xiàn)它們相互作用使得薄膜的性能有不同程度的變化，證明石墨烯和銀納米線具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，并指出該薄膜將在光學(xué)和電學(xué)領(lǐng)域中有更多的研究?jī)r(jià)值。

（3）石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能。其通過電子傳輸時(shí)不易產(chǎn)生散射，在某些特定的條件下遷移率可達(dá)到2×105/（V·s）[12]，并且其面電阻約為31 Ω/sq，電導(dǎo)率更是達(dá)到106 S/m[13]，這使其成為室溫中導(dǎo)電性能最佳的材料。

（4）石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能。石墨烯擁有目前已知材料中固體最堅(jiān)硬晶格結(jié)構(gòu)。其抗拉強(qiáng)度為普通鋼材的10倍，抗彎強(qiáng)度為普通鋼材的13倍。由數(shù)據(jù)可知，石墨烯抗張強(qiáng)度和彈性模量分別為125 GPa和1.1 TPa，表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)特性。

（5）石墨烯具有優(yōu)異的熱學(xué)性能。常溫下，其熱導(dǎo)率約為5×103 W/m·K[14]，是相同溫度下銅熱導(dǎo)率（401 W/m·K）的十倍之多。

3? ?氧化石墨烯

氧化石墨烯（GO）與石墨烯在結(jié)構(gòu)上極其類似而常常被當(dāng)作石墨烯制備的先驅(qū)體，但兩者在性質(zhì)上有明顯的差別。在強(qiáng)腐蝕性和強(qiáng)氧化劑的環(huán)境下對(duì)天然石墨烯進(jìn)行插層氧化，經(jīng)過超聲分離或熱膨脹法處理后，可獲得單層或多層的氧化石墨烯。與石墨烯相比，氧化石墨烯在原有的結(jié)構(gòu)上加入了足量的含氧官能團(tuán)，這促使氧化石墨烯產(chǎn)生有效的分散，并在大多數(shù)溶劑當(dāng)中穩(wěn)定存在。這些基團(tuán)為氧化石墨烯的改性提供了表面修飾活性化學(xué)位點(diǎn)和較大比表面積，方便了對(duì)其進(jìn)行化學(xué)修飾，擴(kuò)大了石墨烯的應(yīng)用范疇。

3.1? 氧化石墨烯的制備

氧化石墨烯的制備是通過氧化、超聲振動(dòng)等方式破壞多層石墨中各層之間的范德華力，并在各片層上引入羥基、羧基、環(huán)氧基等基團(tuán)，從而得到單原子層的氧化石墨烯。當(dāng)前，制備氧化石墨烯最常見的是利用Brodie、Staudenmaier和Hunmmers三種方法。Hunmmers法制備流程的時(shí)效性相對(duì)較好也比較安全，是最常用的一種方式。

3.2? 表面修飾

氧化石墨烯表面含有豐富的含氧基團(tuán)，在極性溶劑中具有良好的分散性，但不容易分散在非極性溶液中。石墨烯和氧化石墨烯都極易團(tuán)聚，是制備石墨烯高分子復(fù)合材料的一大難題。在制備石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料的過程中，需對(duì)氧化石墨烯的含氧基團(tuán)（如羰基、羥基、羧基、環(huán)氧基）進(jìn)行表面修飾，修飾方法一般分為兩類：共價(jià)鍵與非共價(jià)鍵修飾。

3.2.1? 共價(jià)鍵修飾

共價(jià)鍵修飾是石墨烯經(jīng)過氧化或者酸化的含氧基團(tuán)與連接共價(jià)鍵改性劑相結(jié)合，從而制成改性的氧化石墨烯。通常，氧化石墨烯的含氧基團(tuán)為石墨烯共價(jià)鍵改性供應(yīng)了活性位點(diǎn)。其大致可分為兩類：鍵接法和還原法。

（1）鍵接法。鍵接法是把單體合成所需要的聚合物鏈，再讓其連接到氧化石墨烯的官能團(tuán)上，對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)的化學(xué)方法。常用的方法有：酯化反應(yīng)、酰胺反應(yīng)重氮鹽等。Liu等人[15]利用碳化二亞胺催化與氧化石墨烯發(fā)生酰鹵的酯化反應(yīng)，并且結(jié)合生物兼容性的聚乙二醇（PEG）來(lái)改善氧化石墨烯的水溶性及生物兼容性，使之固定在喜樹堿衍生物S N38上，提高了藥物的生物利用率。

（2）原位生長(zhǎng)法。聚合物活性基團(tuán)較少，與氧化石墨烯表面共價(jià)修飾效率較低，并且聚合物大分子具有屏蔽作用，在制備石墨烯聚合物材料時(shí)，首先在氧化石墨烯表面引入功能性分子，再進(jìn)行原位聚合。Lee等人[16]通過BIB的羧基與氧化石墨烯表面的羥基進(jìn)行酯化反應(yīng)，利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）使聚合反應(yīng)發(fā)生在氧化石墨烯表面，得到了聚合物功能化材料。

3.2.2? 非共價(jià)鍵修飾

非共價(jià)鍵修飾是通過范德華力、氫鍵和π-π堆積等作用，實(shí)現(xiàn)官能團(tuán)與石墨烯表面之間非共價(jià)健結(jié)合作用，這種物理變化沒有破壞石墨烯的大π共軛結(jié)構(gòu)，從而保留了石墨烯優(yōu)異的物理性能[17]，更有益于石墨烯的特性在高分子復(fù)合材料中發(fā)揮。

通常，研究者對(duì)石墨烯進(jìn)行有效修飾是通過有機(jī)分子特殊官能團(tuán)，利用具有共軛結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子與石墨烯形成π-π堆積而相互作用。Shen等人[18]通過了熔融共混法成功制得利用聚苯乙烯修飾石墨烯復(fù)合材料（PSFG）。石墨烯與高分子材料能夠混合均勻，是因?yàn)槭﹫F(tuán)聚現(xiàn)象被PSFG中的PS鏈有效地組織，這很大程度上提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性。表面含有大量帶負(fù)電的含氧官能團(tuán)的氧化石墨烯通過靜電作用，在石墨烯表面加入相反電荷就可以對(duì)石墨烯進(jìn)行改性，這也說明了非共價(jià)鍵改性石墨烯功能化的另一種途徑是離子鍵互相作用。Yue等人[19]對(duì)石墨烯進(jìn)行改性是通過L-半胱氨酸（L-Cys）與石墨烯相互作用，得到新型的非共價(jià)鍵功能化的氧化石墨烯（3D GOL），同時(shí)發(fā)現(xiàn)3D GOL的孔隙率隨著L-半胱氨酸用量的增加而逐漸增大（從幾微米減小到幾百納米），改善了石墨烯的分散性。

4? ? 石墨烯/聚氯乙烯復(fù)合材料的制備

目前，熔融共混法、原位聚合法和溶液共混法是制備石墨烯/聚氯乙烯復(fù)合材料的主要方法。

4.1? 熔融共混法

熔融共混法是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用的工藝方式，是將石墨烯（或氧化石墨烯、功能化石墨烯）加入到熔融的聚氯乙烯中，充分混合后，利用高壓擠出成型或注塑等機(jī)械方式制備石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料的方法。熔融共混法的制備過程不必要采用有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境污染小，操作靈活方便，有利于產(chǎn)業(yè)化大生產(chǎn)。其不足之處是不能顯著地提高石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料的物理化學(xué)性能。這是由于石墨烯本身極易團(tuán)聚，不能均勻分散在高溫聚合物基體中，同時(shí)因?yàn)槠渚哂懈俚谋砻婊钚怨倌軋F(tuán)（其碳氧比高達(dá)20），導(dǎo)致石墨烯無(wú)法與聚氯乙烯分子鏈間形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵結(jié)合，使得石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料呈現(xiàn)出較低的力學(xué)性能。因此，如何增強(qiáng)石墨烯在聚氯乙烯基體中的兼容性和分散性是當(dāng)前最需要解決的問題。

時(shí)鏡鏡等人[20]通過熔融共混法制得KH-GE/PVC高分子復(fù)合材料，極大地改善了聚氯乙烯的力學(xué)性、導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。由TEM和SEM觀察到：石墨烯通過含氧基團(tuán)改性后，厚度減小，其結(jié)構(gòu)在一定程度上的破壞有利于石墨烯在聚氯乙烯基體中的分散。

付世創(chuàng)等人[21]17使用熔融共混法制得石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料，并嘗試添加分散劑來(lái)改善石墨烯易團(tuán)聚現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)分散劑極大地改善了聚氯乙烯材料力學(xué)、電學(xué)及熱穩(wěn)定性，并且得出非極性分散劑超細(xì)活性CaCO3能極大提高石墨烯在聚氯乙烯基體中的分散性的結(jié)論。

4.2? 溶液共混法

溶液共混法是通過機(jī)械攪拌等途徑把超聲分散過的石墨烯和聚氯乙烯，充分融合或者膨脹在一個(gè)共同的溶劑系統(tǒng)中，去除石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料中的溶劑。該法提高了石墨烯/聚氯乙烯復(fù)合材料的物理性能，制備過程簡(jiǎn)單，解決了石墨烯易團(tuán)聚的現(xiàn)象。但是，該方法不便去除存在石墨烯片層中的溶劑，造成了石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料性能降低。同時(shí)，因有機(jī)溶劑的制備及回收成本高，限制了復(fù)合材料的大規(guī)模工藝化生產(chǎn)。

呂亮[22]將β-環(huán)糊精（[β]-CD）表面通過烷基偶聯(lián)劑KH560改性接枝到氧化石墨烯表面，制備出KH560/[β]-CD-GO復(fù)合材料。將少量的該復(fù)合材料添加到環(huán)氧樹脂涂層中，發(fā)現(xiàn)在環(huán)氧樹脂中有分散良好的KH560/β-CD-GO復(fù)合材料，且提高了環(huán)氧樹脂的耐熱性能和抗腐蝕性能。

李棟輝等人[23]也制備出了分散性良好的復(fù)合材料，其過程是往四氫呋喃（THF）溶劑中加入制備好的氧化石墨烯粉末，進(jìn)行超聲分散，然后加入聚氯乙烯使其充分溶解，再加入乙二胺溶液反應(yīng)6 h后得到石墨烯/聚氯乙烯復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采取Hummers法合成氧化石墨有利于聚氯乙烯分子鏈穿插在石墨片層之間，在石墨烯層間引入足量的羧基、羥基等含氧官能團(tuán)使其能夠與聚氯乙烯溶液分子鏈充分混合。

4.3? 原位聚合法

原位聚合法是在一定的溫度和時(shí)間內(nèi)，通過把石墨烯或功能化石墨烯與聚乙烯單體形成預(yù)聚體后進(jìn)行聚合反應(yīng)的制備方法。其一般包括以下步驟：（1）將引發(fā)劑通過靜電作用吸附在石墨烯表面;（2）利用分散劑與乳化劑分子結(jié)構(gòu)上的相互作用，制備石墨烯乳液，協(xié)同分散穩(wěn)定石墨烯;（3）在石墨烯表面使用原位聚合法激發(fā)聚合反應(yīng)得到聚氯乙烯，從而獲得石墨烯表面包覆聚氯乙烯高分子復(fù)合材料。該工藝制備的石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料的力學(xué)特性明顯優(yōu)于共混填充復(fù)合材料，并且克服了石墨烯片層間的范德華力，讓石墨烯在聚氯乙烯基體中具有良好的分散性，增強(qiáng)兩者之間的互相作用，使它們難以剝離。但是，由于石墨烯的加入，其制備流程相對(duì)繁雜，反應(yīng)體系的粘度、聚合物分子質(zhì)量和單體的分散性都會(huì)發(fā)生改變，增加了后續(xù)加工成型工藝的難度，阻礙石墨烯高分子復(fù)合材料的大規(guī)模生產(chǎn)。

周寶珍等人[24]利用原位聚合法在過硫酸銨（APS）氧化體系中制備了聚胺苯/石墨烯高分子復(fù)合材料;實(shí)驗(yàn)顯示：相對(duì)純聚苯胺，當(dāng)石墨烯添加量為7 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)其電導(dǎo)率大大提高。

趙永祿等人[25]通過原位聚合法制備了石墨烯/聚氯乙烯原位聚合樹脂;結(jié)果表明，相對(duì)于普通聚氯乙烯樹脂，石墨烯/聚氯乙烯原位聚合樹脂耐熱性大幅度提高（剛果紅試紙測(cè)試由94 s增加到1 680 s），同時(shí)也改善了力學(xué)性能與流變性能。

5? ? 石墨烯/聚氯乙烯復(fù)合材料性能

經(jīng)過石墨烯納米材料修飾的聚氯乙烯，可以較大地改進(jìn)其力學(xué)電學(xué)熱學(xué)等多個(gè)方面物理特性，擴(kuò)大其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

5.1? 力學(xué)性能

石墨烯是具有優(yōu)異的固體堅(jiān)硬的晶格結(jié)構(gòu)，氧化石墨烯因其構(gòu)造中環(huán)氧基的C-O-C鍵角發(fā)生彎曲，導(dǎo)致氧原子向石墨面內(nèi)方向運(yùn)動(dòng)，引起了結(jié)構(gòu)缺陷，使得其力學(xué)性能（楊氏模量為650 GPa）較石墨烯（楊氏模量為1 060 GPa）有所下降，不過仍極大地高于高分子聚合物的楊氏模量。故當(dāng)受到外力影響時(shí)，聚氯乙烯會(huì)向受力方向拉伸，由于石墨烯受到劇烈影響會(huì)隨著聚氯乙烯分子鏈共同運(yùn)動(dòng)，有效地妨礙聚氯乙烯材料裂痕的擴(kuò)張和鈍化，增高了韌性，改善了聚氯乙烯材料的力學(xué)性能。

欒曉波等人[26]為了研究了石墨烯含量對(duì)復(fù)合材料性能的作用，通過溶液共混法制備了石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料。結(jié)果表明：其拉升強(qiáng)度與石墨烯用量先是呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，再表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。在石墨烯含量為2個(gè)單位時(shí)出現(xiàn)極大值，抗拉強(qiáng)度為71 MPa，比沒有添加石墨烯時(shí)增長(zhǎng)了26 MPa，且斷裂伸長(zhǎng)率顯著下降。隨后，再加入石墨烯的用量，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度則快速下降。

辛華等人[27]利用不同含量的KH570對(duì)石墨烯進(jìn)行修飾，將修飾的石墨烯（KH-GE）與聚氯乙烯用熔煉共混法制備了KH-GE/PVC復(fù)合材料，考察了其力學(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在KH-GE百分比是1.5 wt%的時(shí)候，KH-GE復(fù)合材料的拉升強(qiáng)度較沒有加入KH-GE的聚氯乙烯材料增強(qiáng)了51.10%。

5.2? 熱穩(wěn)定性

聚氯乙烯熔點(diǎn)較低，相對(duì)于金屬材料與無(wú)機(jī)非金屬材料來(lái)說，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域范圍。由于單片層結(jié)構(gòu)石墨烯極大單位體積的表面積插層到聚氯乙烯等聚合物分子鏈鍵中，層與層之間造成了相對(duì)獨(dú)立的微環(huán)境，使得各個(gè)微環(huán)境之間的相互作用受到一定的限制，從而提高了高分子復(fù)合材料熱穩(wěn)定性能。

辛華等人[27]制備了KH-GE/PVC復(fù)合材料，當(dāng)KH-GE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5 wt%時(shí)，相較于純的聚氯乙烯分解溫度從486.01[℃]提高到了596.53[℃]，大大提高了聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性。這是因?yàn)榫勐纫蚁┓肿渔溡着cKH-GE邊緣發(fā)生物理吸附結(jié)合和化學(xué)接枝反應(yīng)，增強(qiáng)了兩者之間的相互作用力，從而提高了聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性。

5.3? 導(dǎo)電性能

大部分高分子材料是電絕緣體，聚氯乙烯更是如此，其表面電阻高達(dá)[1014]～[1017 Ω]，極其容易因摩擦積聚靜電力，從而產(chǎn)生火花，在特殊易燃易爆場(chǎng)合極易引起爆炸和火災(zāi)，增加安全隱患。因此，可利用石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性修飾聚合物材料，使其導(dǎo)電性能顯著地提高，增強(qiáng)其抗靜電能力，擴(kuò)大了聚氯乙烯在油庫(kù)等特殊場(chǎng)合的應(yīng)用。付世創(chuàng)等人[21]16考察了石墨烯含量對(duì)聚氯乙烯材料表面電阻的影響，利用熔融共混法獲得石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)用量到達(dá)6%的時(shí)候，其表面比電阻下降到[106 Ω]，到達(dá)了產(chǎn)生電荷量最小材料的標(biāo)準(zhǔn)。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

可以看出，石墨烯/聚氯乙烯的復(fù)合材料是目前該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，石墨烯功能化聚氯乙烯產(chǎn)品將是聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的重要方向。國(guó)內(nèi)外在石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料的研究中已取得一定進(jìn)展，但是阻礙石墨烯/聚氯乙烯復(fù)合材料工業(yè)化應(yīng)用的重要性問題依然存在：（1）如何提高氧化石墨烯與聚氯乙烯基體的兼容性使得氧化石墨烯在聚氯乙烯基體中均勻散開，從而加強(qiáng)兩者間相對(duì)較弱的界面彼此作用力;（2）相對(duì)落后的聚氯乙烯加工工藝技術(shù)制約著聚氯乙烯的進(jìn)展和應(yīng)用，因此，研究新的聚氯乙烯成型工藝和技術(shù)，減小制備過程中的環(huán)境污染，使其具備適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)條件，以促進(jìn)石墨烯/聚氯乙烯樹脂材料的生產(chǎn);（3）對(duì)石墨烯和氧化石墨烯更進(jìn)一步的修飾改性，研發(fā)專門用途、特殊性能的石墨烯/聚氯乙烯高分子復(fù)合材料，拓展聚氯乙烯的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陶磊， 張志和. 我國(guó)PVC產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 聚氯乙烯， 2016， 44（7）： 1-4.

[2] 韓和良， 王大偉， 葉鵬，等. 石墨烯/納米碳酸鈣雜化材料對(duì)PVC的穩(wěn)定作用[J]. 聚氯乙烯， 2016， 44（5）：7-13.

[3] 汪智， 曹有名， 張偉東. 硫酸鋇表面改性及其在PVC中的性能研究[J]. 塑料工業(yè)， 2020， 48（4）： 143-147.

[4] 王昊， 張輝， 張繼華，等. 非共價(jià)鍵表面修飾的石墨烯/聚合物復(fù)合材料研究進(jìn)展[J]. 材料工程， 2018， 46（7）： 44-52.

[5] 高中峰. PVC改性和加工應(yīng)用工藝研究進(jìn)展[J]. 工程塑料應(yīng)用， 2020， 48（6）： 150-153.

[6] 丁健，雷景新，羅勇飛，等. 抗靜電半硬質(zhì)PVC材料的制備及性能[J]. 塑料科技，2007，35： 54-57.

[7] 韓和良，葉鵬. 聚氯乙烯的環(huán)境問題與大分子穩(wěn)定化研究進(jìn)展[J]. 聚氯乙烯， 2006（8）： 1-5，32.

[8] 本刊編輯部.加快推動(dòng)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換石墨烯PVC材料研發(fā)前景廣[J]. 塑料科技， 2017， 45（12）： 118.

[9] 高揚(yáng). 原子力顯微鏡在二維材料力學(xué)性能測(cè)試中的應(yīng)用綜述 [J/OL]. （2021-02-07）[2021-03-11].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2062.O3.20200205.1757.012html.

[10] NAIR R R， BLAKE P， GRIGORENKO A N， et al. Fine structure constant defines visual transparency of graphene[J]. Science， 2008， 320（5881）： 1308-1308.

[11] 董明明. 石墨烯銀納米線透明導(dǎo)電薄膜的制備進(jìn)展 [J]. 有色金屬材料與工程， 2020， 41（1）： 47-53.

[12] BOLOTIN K I， SIKES K J， JIANG Z， et al. Ultrahigh electron mobility in suspended graphene[J]. Solid State Commun， 2008，146（9/10）： 351-355.

[13] KIM K S， ZHAO Y， JANG H， et al. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes[J]. Nature， 2009， 457（7230）： 706-710.

[14] 宋厚甫， 康飛宇. 石墨烯導(dǎo)熱研究進(jìn)展[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào)， 2021， 37： 2101013-2101029.

[15] LIU Z， ROBINSON J T， SUN X M， et al. PEGylated nanographene oxide for delivery of water-insoluble cancer drugs[J]. Journal of the American Chemical Society， 2008， 130（33）：10876-10877.

[16] LEE S H， DREYER D R， AN J， et al. Polymer brushes via controlled， surface-initiated atom transfer radical polymerization （ATRP） from graphene oxide[J]. Macromol Rapid Commun， 2010， 31（3）： 281-288.

[17] 肖邵博. 酒石酸改性氧化石墨烯對(duì)環(huán)氧樹脂的抗磨耐蝕性能影響[D].長(zhǎng)沙：中南林業(yè)科技大學(xué)， 2017.

[18] YOU F， WANG D R， LI X X， et al. Synthesis of Polypropylene-grafted graphene and its compatibilization effect on polypropylene/polystyrene blends[J]. Journal of Applied Polymer Science， 2014， 131（13）：40455 DOI： 10.1002/app.40455.

[19] YUE H， SUN H， PENG T， et al. Evolution of Structure and functional groups in the functionalization of graphene oxide with L-cysteine[J]. Journal of Molecular Structure， 2018， 1163：449-454.

[20] 時(shí)鏡鏡， 馬文石， 林曉丹. KH-570功能化石墨烯的制備與表征[J]. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)， 2012， 28（1）： 131-136.

[21] 付世創(chuàng)， 莊鵬程， 張凌. 石墨烯/聚氯乙烯抗靜電材料的開發(fā)[J]. 聚氯乙烯， 2018， 46（7）.

[22] 呂亮. 有機(jī)改性氧化石墨烯及其在環(huán)氧樹脂中的應(yīng)用 [D]. 重慶：西南石油大學(xué)， 2016.

[23] 李棟輝， 江學(xué)良， 李菁瑞，等. 石墨烯/聚氯乙烯/聚氨酯層狀結(jié)構(gòu)材料的制備及其聲學(xué)特性研究[J]. 膠體與聚合物， 2018， 36（2）： 51-54.

[24] 周寶珍， 閆路瑤， 曲順志，等. 原位聚合制備聚苯胺/石墨烯導(dǎo)電復(fù)合材料的工藝[J]. 青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2014， 35（3）： 287-293.

[25] 趙永祿， 韓和良， 王雅玲，等. 石墨烯/聚氯乙烯原位聚合樹脂的開發(fā)[J]. 聚氯乙烯， 2015， 43（9）： 24-29.

[26] 欒曉波， 薛培華， 李娜，等. 石墨烯/聚氯乙烯復(fù)合材料的制備與性能研究[J]. 聚氯乙烯， 2018， 46（3）： 17-20.

[27] 辛華， 趙星， 任慶海，等. 改性石墨烯/聚氯乙烯復(fù)合材料的制備及性能[J]. 復(fù)合材料學(xué)報(bào)， 2018， 35（7）：705-706.

責(zé)任編輯? ? 張棟梁